高中物理奥林匹克竞赛——薄膜干涉课件

*,*,A,B,一、透镜不引起附加的光程差,A,B,焦平面,费马原理导出的重要结论：物点和像点之间各光线的光程都相等。即物像之间等光程。,14-3-薄膜干涉,AB一、透镜不引起附加的光程差AB焦平面费马原理导出的重要结,P,L,一 薄膜干涉的光程差,D,C,3,4,E,5,A,1,B,2,PL一 薄膜干涉的光程差DC34E5A1B2,反,射光的光程差,加 强,减 弱,P,L,D,C,3,4,E,5,A,1,B,2,反射光的光程差加 强减 弱PLDC34E5A1B2,透,射光的光程差,注意：,透射光和反射光干涉具有互 补 性，符合能量守恒定律.,根据具体情况而定,P,L,D,C,3,4,E,5,A,1,B,2,光程差决定于,入射角,，焦平面上同一干涉条纹上各亮点（暗点）对应相同的入射角。,等倾干涉条纹,透射光的光程差 注意：透射光和反射光干涉具,当光线垂直入射时,且当 时,当 时,注意,当光垂直入射到薄膜时，,干涉加强或减弱由薄膜厚度决定,。干涉加强时可观察到一片亮，减弱时可观察到一片暗。,无干涉条纹！,当光线垂直入射时 且当 时当,例1,在金属铝的表面，经常利用阳极氧化等方法形成一层透明的氧化铝(,Al,2,O,3,),薄膜，其折射率,n,=1.80.,设一磨光的铝片表面形成了厚度,d,250nm,的透明氧化铝薄层，问在日光下观察，其表面呈现什么颜色？（设白光垂直照射到铝片上，铝的折射率小于氧化铝的折射率）,解,：,1,2,d,n,铝,表面呈橙红色,例1 在金属铝的表面，经常利用阳极氧化等方法,例,一油轮漏出的油()污染了某海域,在海水 ()表面形成一层薄薄的油污,.,（,1,）如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为,460,nm,，则他将观察到油层呈什么颜色?（,2,）如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色?,解：（,1,）,飞机驾驶员观察到的是反射光的干涉现象,干涉加强：,舍去,绿色,舍去,飞机驾驶员观察到油层呈,绿色。,例 一油轮漏出的油()污染,例,一油轮漏出的油()污染了某海域,在海水 ()表面形成一层薄薄的油污,.,（,1,）如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为,460,nm,，则他将观察到油层呈什么颜色?（,2,）如果一潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色?,解：（,2,）,潜水员观察到的是透射光的干涉现象,干涉加强：,舍去,红色,潜水员观察到油层呈,紫红色,。,有半波损失,无半波损失,紫色,舍去,例 一油轮漏出的油()污染,玻璃,氟化镁为增透膜,增透膜和增反膜,利用薄膜干涉还可以提高或降低光学器件的透光率.,例 2,为了增加透射率,求氟化镁膜的最小厚度.,已知空气 ,氟化镁 ,2,3,解,减弱,取,则,（,增强,）,有半波损失,玻璃氟化镁为增透膜 增透膜和增反膜利用薄膜干涉,劈尖角,二 劈 尖,明纹,暗纹,S,M,很小，入射光垂直入射,.,空气劈尖,劈尖角二 劈 尖明纹暗纹SM 很小，入射光垂直入射,（明纹）,（暗纹）,劈尖干涉,讨论,1,）棱边,为暗纹.,（明纹）（暗纹）劈尖干涉讨论 1）棱边为暗纹.,3,）条纹间距（明纹或暗纹）,2,）相邻明纹（暗纹）间的厚度差,劈尖干涉,3）条纹间距（明纹或暗纹）2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差劈尖,每一条,纹对应劈尖,内的一个厚,度，,(,等厚干涉条纹,）当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动.,4,）干涉条纹的移动,每一条 4）干涉条纹的移动,例,有一玻璃劈尖 ,放在空气中 ,劈尖夹角,用波长 的单色光垂直入射时,测得干涉条纹的宽度 ,求 这玻璃的 折射率.,解,例 有一玻璃劈尖 ,放,例,波长为,680,nm,的平行光垂直地照射到,12,cm,长的两块玻璃片上，两玻璃片一边相互接触，另一边被厚,0.048,mm,的纸片隔开，试问在这,l2cm,内呈现多少条明条纹?,解：,b,2,l,tan,q,=,b,2,l,tan,q,=,d/L,2,l,=,d,2,l,=,L,=,680,120,2,0.048,=,0.85,(,mm),L,d,q,棱处为,暗条纹,14,1,条明条纹,L,k,=,=,=,141,120,0.85,b,例 波长为680nm的平行光垂直地照射到12cm长,2,）测膜厚,1,）干涉膨胀仪,劈尖干涉的应用,Si,2）测膜厚1）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用Si,空气,3,）检验光学元件表面的平整度,4,）测细丝的直径,空气 3）检验光学元件,例：,用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖,上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为,L,处是暗,纹，使劈尖角 连续变大，直到该处再次出现暗,条纹为止，,求,劈尖角的改变量 。,例：用波长为 的单色光垂直照射到空气,三 牛顿环,由一块平板玻璃和一平凸透镜组成,光程差,三 牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差,牛顿环实验装置,牛顿环干涉图样,显微镜,S,L,M,半透半反镜,T,牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜SL M半透,明暗相间,同心圆环,内疏外密,由内到外,级次递增,特点,明暗相间特点,R,光程差,明纹,暗纹,r,d,暗环半径,明环半径,R光程差明纹暗纹rd暗环半径明环半径,1,）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？,2,）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？,3,）将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？,暗环半径,明环半径,讨论,同一级次，圆环半径减小，圆环收缩,4,）平移平凸透镜时，条纹如何变化,膜厚增加时,向外涌出,膜厚减少时,向内湮没,2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于,高中物理奥林匹克竞赛薄膜干涉课件,测量透镜的曲率半径,应用,:,用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.,工 件,标 准 件,测量透镜的曲率半径应用:用来测量光波波长，用于检测透镜质,例,3,用氦氖激光器发出的波长为,633,nm,的单色光做牛顿环实验，测得第,k,个暗环的半径为,5.63,mm,第,k,+,5,暗环的半径为,7.96,mm,，,求平凸透镜的曲率半径,R,.,解,例3 用氦氖激光器发出的波长为633n,总结,1,）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹,b,总结1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点,2,）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距,3,）条纹的动态变化分析（变化时）,2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距3,4,）半波损失需具体问题具体分析,4）半波损失需具体问题具体分析,例题：,使用单色光来观察牛顿环，测得某一明环的直径为,3.00,mm,，,在它外面第五个明环的直径为,4.60,mm,，,所用平凸透镜的曲率半径为,1.03,m,，,求此单色光的波长,。,解：第,k,级明环半径,2,2,=,r,k,2,k,-1,R,l,=,r,k,+5,2(,k,+5)-1,2,2,R,l,2,=,2,k,+9,R,l,=,5,R,l,2,r,k,r,k,+5,2,l,=,2,r,k,r,k,+5,2,5,R,(,),(,),+,d,k,d,k,+5,d,k,d,k,+5,5,R,4,=,(,),(,),+,r,k,r,k,+5,r,k,r,k+5,5,R,=,=5.19,10,-4,(,mm)=590,(nm),例题：使用单色光来观察牛顿环，测得某一明环的直径为3.00m,